Mesón

Mesón
	tipu de partícula cuántica
	hadrón y Bosón

En física de partícules, un mesón (del griegu antiguu μέσος, mésos, lliteralmente: que ta en mediu) ye un bosón^[1]^[2] que respuende a la interacción nuclear fuerte, esto ye, un hadrón con un espín enteru.

Nel Modelu estándar, los mesones son partícules compuestes nun estáu quark-antiquark. Créese que tolos mesones conocíos consisten nun par quark-antiquark (los asina llamaos quarks de valencia) más un "mar" de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Ta en progresu la busca de mesones exóticos que tienen constituyentes distintos. Los quarks de valencia pueden esistir nuna superposición d'estaos de sabor; por casu, el pion neutru nun ye nin un par enriba-antiarriba nin un par embaxo-antiabajo, sinón una superposición cuántica igual de dambos. Los mesones pseudoescalares (con espín 0) tienen la menor enerxía en reposu, onde'l quark y antiquark tienen espines opuestos, y depués el mesón vectorial (vector meson) (con espín 1), onde'l quark y antiquark tienen espines paralelos. Dambos presenten versiones de mayor enerxía onde'l espín ta amontáu pol momentu angular orbital. Tolos mesones son inestables.

Orixinalmente, predíxose que los mesones yeren el portadores de la fuercia que xune al protón y al neutrón, d'ende'l so nome. Cuando foi descubiertu, el muon asignar a esta familia de masa similar y foi bautizáu como "mesón mu", sicasí nun amosó interacción fuerte cola materia nuclear: ye en realidá un leptón. El pion foi'l primer mesón auténticu en ser descubiertu.

En 1949 Hideki Yukawa foi gallardoniáu col Premiu Nobel de Física por predicir la esistencia del mesón. Orixinalmente llamar 'mesontrón', pero foi correxíu por Werner Heisenberg (el so padre foi profesor en griegu de la Universidá de Múnich), quien indicó que nun había un 'tr' na pallabra griega 'mesos'.

Descubrimientu y desenvolvimientu

Estrema ente los bariones y los mesones.

Nome y carga llétrica de los componentes de la materia.

La esistencia de los mesones foi propuesta pol físicu nuclear xaponés Hideki Yukawa en 1935. La so idea yera qu'esistíen una serie de partícules más pesaes que l'electrón que yeren responsables de la interacción nuclear fuerte. Primeramente pensóse qu'estes partícules yeren los muones (incorreutamente llamaos mesones ), pero darréu comprobóse qu'estos pertenecíen al grupu de los leptones. Los mesones postulaos por Yukawa fueron afayaos en 1947 por Powell y denominaos mesones o piones.

Darréu fueron afayándose distintos grupos de mesones, ente ellos los mesones-K o kaones. Esisten diversos mesones, que prodúcense n'interacciones ente bariones y son inestables. Anque primeramente definíense pola so masa entemedia ente la del electrón y la del protón, hai de masa cimero a esti postreru. Los mesones tán formaos por un quark y un antiquark.

Los nomes de los mesones

Los nomes de los mesones son tales que puedan inferise les sos principales propiedaes. A la inversa, daes les propiedaes d'un mesón, el so nome queda claramente determináu. Les convenciones de denominación cayen en dos categoríes según la so sabor: los mesones ensin sabor y los que tienen sabor.

Mesones ensin sabor

Los mesones ensin sabor son mesones que los sos númberos cuánticos de sabor son toos cero. Esto significa qu'esos quarks son estaos quarkonios (pares quark-antiquark del mesmu sabor) o una superposición llinial de tales estaos.

El nome de los mesones ensin sabor ta determináu pol so espín total S y el so momentu angular orbital L. Como un mesón ta compuestu por dos quarks con s = 1/2 el espín total puede solo ser S = 1 (espines paralelos) o S = 0 (espines anti-paralelos). El númberu cuánticu orbital L deber a la revolución d'un quark sobre otru. De normal los momentos angulares orbitales mayores traducir nuna mayor masa pal mesón. Estos dos númberos cuánticos determinen la paridá P y la paridá de la carga conxugada C de los mesones:

P = (−1)^L+1

C = (−1)^L+S

L y S sumir pa formar un númberu cuánticu pel momento angular total J, que'l so valor ta nel rangu de |L−S| a L+S nun pasu unitariu. Les distintes posibilidaes resumir nes espresiones ^2S+1L_J y J^PC (equí solo úsase'l signu pa P y C).

Les distintes posibilidaes y el correspondiente símbolu del mesón vienen daos na siguiente tabla:

	J^PC =	(0, 2…)^{− +}	(1, 3…)^{+ −}	(1,2…)^{− −}	(0, 1…)^{+ +}
Composición de quarks	^2S+1L_J = ^*	¹(S, D…)_J	¹(P, F…)_J	³(S, D…)_J	³(P, F…)_J
$o{\bar {d}}{\mbox{, }}o{\bar {o}}-d{\bar {d}}{\mbox{, }}d{\bar {o}}$ ^†	I = 1	π	b	ρ	a
$o{\bar {o}}+d{\bar {d}}{\mbox{, }}s{\bar {s}}$ ^‡	I = 0	η, η'	h, h'	$\phi \,\!$ , ω	f, f'
$c{\bar {c}}$	I = 0	η_c	h_c	ψ ^•	χ_c
$b{\bar {b}}$	I = 0	η_b	h_b	Υ ^**	χ_b

Notes:

^* Nótese que delles combinaciones tán prohibíes: 0^{− −}, 0^{+ −}, 1^{− +}, 2^{+ −}, 3^{− +}...

^† Na primer fila les partícules con isospines triples: π⁻, π⁰, π⁺ etc.

^‡ La segunda fila contién pares d'elementos: φ corresponder con un estáu

s{\bar {s}}

, y ω con

o{\bar {o}}+d{\bar {d}}

. N'otros casos nun se conoz la composición exacta, y úsase una prima pa estremar los dos formes.

^• Por razones históriques, a la forma 1³S₁ de ψ se la llapada J/ψ

^** El símbolu del estáu bottomonico ye una upsilon mayúscula

Les series normales de paridá-espín tán formaes polos mesones con P = (−1)^J. Na serie normal, S = 1, y por tanto PC = +1 (p.y., P = C). Esto correspuende a dellos estaos tripletes (apaecen nos dos últimes columnes)

Diagrama de Feynman d'unu de les maneres en que la partícula eta puede aparrar en 3 piones al emitir gluones.

Como munchos d'esos símbolos podíen referise a más d'una partícula, añadiéronse regles extra :

Nesti esquema, les partícules con J^P = 0⁻ conócense como pseudoescalares, y a los mesones con J^P = 1⁻ llámase-yos vectores. Pa otres partícules, el númberu J añader como subindice: a₀, a₁, χ_c1, etc.
Pa munchos de los estaos ψ, Υ y χ ye común incluyir la información espectroscópica: Υ(1S), Υ(2S). El primer númberu ye'l númberu cuánticu principal y la lletra ye la notación espectroscópica de L. La multiplicidá omítese yá que ta implícita nel símbolu y J apaez como un subíndice cuando se precisa: χ_b2(1P). Si la información espectroscópica nun ta disponible, indícase la masa: Υ(9460).
L'esquema de nomenclatura nun estrema ente estaos "puros" de quarks y estaos gluónicos, los estaos gluonicos siguen el mesmu esquema.
Sicasí, los mesones exóticos con númberos cuánticos "prohibíos": J^PC = 0^{− −}, 0^{+ −}, 1^{− +}, 2^{+ −}, 3^{− +}... podríen usar la mesma convención que los mesones con idénticu númberu J^P, pero añadiendo un subíndice J. Un mesón con isospin 0 y J^PC = 1^{− +} puede ser denotado como ω₁. Cuando se desconocen los númberos cuánticos d'una partícula, esta desígnase con una X siguida pola so masa ente paréntesis.

Mesones con sabores

Pa los mesones con sabor, l'esquema de nomes ye un pocu más simple.

1. Los nomes de los mesones asignar según cual sía'l más pesáu de los sos dos quarks. Del más siquier masivu, l'orde ye t > b > c > s > d > o. Sicasí, o y d nun lleven nengún sabor, asina estos nun alterien l'esquema de nomes. El quark t nunca forma hadrones, pero'l símbolu T acútase comoquier.

quark	símbolu	quark	símbolu
c	D	t	T
s	${\bar {K}}$	b	${\bar {B}}$

Nótese'l fechu de que pa los quarks b y s llogramos un símbolu d'antipartícula. Esto debe a que s'adopta la convención de que la carga de sabor y la carga llétrica tienen de concordar nel signu. Esto tamién se cumple pal tercer componente del isospín: el quark enriba tien carga y I₃ positivos, el quark embaxo tien carga y I₃ negativos. La consecuencia ye que la carga de sabor de cualquier mesón tien el mesmu signu que la so carga llétrica..

2. Si'l segundu quark tien tamién sabor (nun ye o o d) entós la so identificación vien dada pol subíndice (s, c or b, y en teoría t).

3. Añadir un superíndice "*" si'l mesón ta na serie normal paridá-espín, p.ex. J^P = 0⁺, 1⁻, 2⁺...

4. Pa mesones que nun sían pseudoescalares (0⁻) o vectores (1⁻) añader el númberu cuánticu del momentu angular total J como subíndice.

Si xunir tou tenemos que:

Composición del quark	Isospin	J^P = 0⁻, 1⁺, 2⁻...	J^P = 0⁺, 1⁻, 2⁺...
${\bar {'}}lso,\ {\bar {s}}d$	1/2	$K_{J}$ ^†	$K_{J}^{*}$
$c{\bar {o}},\ c{\bar {d}}$	1/2	$D_{J}$	$D_{J}^{*}$
$c{\bar {s}}$	0	$D_{sJ}$	$D_{sJ}^{*}$
${\bar {b}}u,\ {\bar {b}}d$	1/2	$B_{J}$	$B_{J}^{*}$
${\bar {b}}s$	0	$B_{sJ}$	$B_{sJ}^{*}$
${\bar {b}}c$	0	$B_{cJ}$	$B_{cJ}^{*}$

† J ta omitida por 0⁻ and 1⁻

En dellos casos, les partícules pueden camudar ente elles. Por casu, el kaón neutru $K^{0}\,({\bar {s}}d)$ y la so antipartícula ${\bar {K}}^{0}\,(s{\bar {d}})$ pueden combinase de manera simétrica o antisimétrica, aniciando dos nueves partícules, kaones neutros de vida curtia y de vida llarga $K_{S}^{0}={\begin{matrix}{1 \over {\sqrt {2}}}\end{matrix}}(K^{0}-{\bar {K}}^{0}),\;K_{L}^{0}={\begin{matrix}{1 \over {\sqrt {2}}}\end{matrix}}(K^{0}+{\bar {K}}^{0})$ (refugando'l pequeñu términu de la violación CP).